systemy tworzenia-map

Systemy Tworzenia Map
Obliczenie statycznych zasobów poziomu
geotermalnego z wykorzystaniem programu
ZMAP-Plus
Mgr in¿. Bartosz Papiernik
Kraków 2005
I.
WPROWADZENIE
Rekonstrukcja budowy wg³êbnej i ocena parametrów decyduj¹cych o mo¿liwoœciach wykorzystania
kompleksu skalnego jako potencjalnego zbiornika geotermalnego jest obecnie wykonywana z zastosowaniem
specjalistycznego oprogramowania komputerowego, umo¿liwiaj¹cego tworzenie modeli (map) iloœciowych.
W przypadku koniecznoœci dokonania bilansu energetycznego zbiornika (basenu) geotermalnego
optymalne wyniki daje zastosowanie oprogramowania opartego na regularnej siatce interpolacyjnej.
Wysoko zaawansowanym przedstawicielem tego typu software’u jest program ZMAP-Plus, umo¿liwiaj¹cy
integracjê danych archiwalnych, otworowych i sejsmicznych, tworzenie modeli pochodnych w wyniku
operacji arytmetycznych na siatkach, a ostatecznie umo¿liwiaj¹cy precyzyjne policzenie zasobów.
W ramach æwiczeñ dokonamy przyk³adowego oszacowania wielkoœci statycznych zasobów
geotermalnych. Zastosowana metodologia tak konstruowania modelu strukturalnego (envelope) jak i samego
obliczania zasobów jest uproszczona ze wzglêdu na ograniczenia czasowe zaj¹æ. Tym niemniej, obejmuje ona
wszystkie zasadnicze etapy procedury.
Jak podaje Górecki in. (Górecki i in. 1995) Zasoby statyczne energii geotermalnej oblicza siê dla
poszczególnych zbiorników (poziomów) stosuj¹c objêtoœciowy model odbioru ciep³a (Muffler, Cataldi 1979)
wg wzoru :
E zs = A * m [(1-Pef) rs * cs + Pef rw * cw ](Ts - To) , J
2
A powierzchnia zbiornika w m
m -mi¹¿szoœæ ska³ zbiornikowych, m
Pe - porowatoœæ efektywna ska³ zbiornikowych
3
rs ,rw - gêstoœæ szkieletu skalnego i wody (kg/m )
cs , cw - œrednie ciep³o w³aœciwe szkieletu skalnego i wody, J/(kg*oC)
To - œrednia temperatura roczna na powierzchni (oC)
o
Ts - temperatura w stropie zbiornika hydroteremalnego ( C)
Procedura obliczania zasobów wykorzystuj¹ca regularne siatki interpolacyjne jest nieco zmodyfikowana w
stosunku do wzoru a jej podstawowe etapy uwzglêdnione w trakcie æwiczeñ przedstawia ni¿ej zamieszczony
schemat.
Schemat budowy modelu strukturalnego i obliczania statycznych zasobów wód geotermalych na
obszarze XY
1.
Obliczenie modeli strukturalnych stropu i sp¹gu horyzontu perspektywicznego (Mst i Msp)
2.
Obliczenie mi¹¿szoœci horyzontu z³o¿owego Mhz
Mhz = Msp Mst
3.
Wyznaczenie obszaru zainteresowania (AOI) dla których policzymy zasoby statyczne (LAOI)
4.
Skonstruowanie modelu mi¹¿szoœci ca³kowitej na obszarze AOI przez zewnêtrzne
„Blankowanie” modelu Mhz lini¹ (LAOI)
Mz =-M
1hz-[BLANK(LAOI)]
5.
Obliczenia modelu procentowego udzia³u ska³ potencjalnie zbiornikowych w analizowanym
kompleksie (M%PC)
6. Wyznaczenie mi¹¿szoœci ska³ potencjalnie zbiornikowych w pu³apce (Mszb ) [w tym miejscu mamy
okreœlony parametr m z podanego wy¿ej wzoru na zasoby statyczne]
Mszb = Mz * M %Z
7. Obliczenie modelu porowatoœci efektywnej litofacji zbiornikowej na obszarze badañ [Pef]
8. Obliczenie sk³adnika wzoru zwi¹zanego z parametrami gêstoœciowymi i termicznymi szkieletu
skalnego (Mszk)
Mszk= (1-Pef) rs * cs
Przyjmujemy dla uproszczenia sta³e wartoœci rs i cs W rezultacie nie jest konieczne obliczenie gridów.
Jeœli jednak wartoœci te ró¿ni¹ siê znacznie w otworach rozpoznaj¹cych profil zbiornika konieczne
jest tak¿e dla nich policzenie modeli.
9. Obliczenie sk³adnika wzoru zwi¹zanego z parametrami gêstoœciowymi i termicznymi wody (Mw)
Mw= Pef rw * cw
Przyjmujemy dla uproszczenia sta³e wartoœci rw * cw . W rezultacie nie jest konieczne obliczenie gridów.
10 Obliczenie sumarycznego modelu parametrów gestoœciowo-cieplneych zbiornika geotremalnego
MSZ-W
MSZ-W = Mszk + Mw
11 Obliczenie modelu przejœciowego uwzglêdniaj¹cego mi¹¿szoœæ i porowatoœæ oraz parametry
gêstoœciowo-cieplne zbiornika geotermalnego, Vw
Vw =Mszb * MSZ-W
12 Obliczenie zasobów statycznych EZS
EZS = Vw * (Ts-To)
(Ts i To) potraktowano dla uproszczenia jako wartoœci nie zmienne na ca³ym obszarze badañ a wiêc
do wzoru wprowadzimy sta³¹ policzon¹ przez ich odjecie
W toku æwiczeñ zostanie przedstawiony najprostszy, a tym samym najmniej dok³adny sposób
szacowania zasobów w pu³apce, wykorzystuj¹cy prost¹ statystykê grida.
Oprogramowanie firmy Landmark Graphics Corp. umo¿liwia jednak bardzo precyzyjne
okreœlanie objêtoœci. Do tego celu przeznaczono modu³y Volumetrics programów ZMAP-Plus oraz
StratWorks.
-2-
II. DANE I SPOSÓB WYKONANIA ÆWICZENIA:
Do obliczenia zasobów ropy w hipotetycznym z³o¿u ropy u¿yjecie pañstwo danych zapisanych
w plik typu MFD: HYDROTERM.MFD. Wyniki modelowañ bêdziecie pañstwo wizualizowaæ w pliku:
STATYCZNE.ZGF, w rysunkach (Picture):
A) StropPulapk
B)
MiazszosAOI
C) %Facji Zbiornikowej
D)
MiaszoscZbiorn
E) Porowatosc
F)
Termika
G) Zasobystatyczne
I. A. Obliczenie modelu stropu horyzontu z³o¿owego
Strop horyzontu
perspektywicznego [Mst]
Dane wejœciowe (Input data): Strop-Kc (DATA)
PRZETWARZANIE NUMERYCZNE
1. MODELOWANIE
(Moddeling ----------> Point Gridding Plus)
Proponowany algorytm - Least Sqares Proponowana nazwa pliku wyjœciowego (GRIDA): STROP KC (GRID)
2. WIZUALIZACJA
( Features ----> Contouring)
Konturowania w trybie (Contour i colorfill) dokonaæ w rysunku (PICTURE) StropPulapki
-3-
I. B. Obliczenie modelu sp¹gu horyzontu z³o¿owego
Strop horyzontu
perspektywicznego [Mst]
Sp¹g horyzontu
perspektywicznego [Msp]
Dane wejœciowe (Input data): Strop-J3(DATA)
PRZETWARZANIE NUMERYCZNE
1. MODELOWANIE
(Modeling ----------> Point Gridding Plus)
Proponowany algorytm: Least Square Proponowana nazwa pliku wyjœciowego (GRIDA): STROP J3 (GRID)
2. WIZUALIZACJA
( Features ----> Contouring)
Konturowanie w trybie (Contour)_stosuj¹c inny kolor i gruboœæ izolinii dokonaæ w
rysunku (PICTURE) StropPulapki
II. Obliczenie modelu mi¹¿szoœci horyzontu
z³o¿owego Mhz
Mi¹¿szoœæ horyzontu
z³o¿owego [Mhz]
Dane wejœciowe (Input data): Strop-Kc , Strop J3 (GRID)
PRZETWARZANIE NUMERYCZNE
1. OPERACJE NA GRIDACH
(Operations ----------> Grid operations (subtract models) - odejmowanie modeli
Proponowana nazwa pliku wyjœciowego (GRIDA): MI¥¯SZOŒÆ KC (GRID)
2. WIZUALIZACJA
( Features ----> Contouring)
Konturowania w trybie (Contours i Colorfill) dokonaæ w rysunku (PICTURE) MiazszoscPulapki
-4-
III. Wyznaczenie granic obszaru zaintresowania (LAOI)
Dane wejœciowe (Input data): BRAK
PRZETWARZANIE NUMERYCZNE
1. EDIT ------> DATA EDYTOR - --> CREATE DATA
Nale¿y utworzyæ dane typu Polyline. Utworzyæ plik o nazwie AOI ;
Wybrany obszar AOI, nie mniejszy ni¿ 10 km 2 scyfrowaæ na ekranie. Procedurê cyfrowania zamkn¹æ
poleceniem (End And Close) Opuœciæ edytor (Klawisz OK )
IV. Skonstruowanie modelu mi¹¿szoœci ca³kowitej na obszarze AOI przez zewnêtrzne
„Blankowanie” modelu Mhz lini¹ (LAOI)
Mz = Mhz [BLANK(LAOI)]
1. Dane wejœciowe (Input data): , MIAZSZOSC KC (grid), AOI (vert)
2. Przetwarzanie numeryczne: Dokonaj blankowania modelu mi¹¿szoœci horyzontu z³o¿owego, tak by usun¹æ
jego czêœæ le¿¹c¹ poza konturem z³o¿a
(Operations --------> Grid Operations----------->Blank GRID)
Jako poligonu blankuj¹cego u¿yj pliku typu VERT. Zastosuj blankowanie w opcji OUTSIDE
Proponowana nazwa pliku wyjœciowego: MIAZSZOSC-TOTAL
3. WIZUALIZACJA
Wizualizacja ( Features -----> Contour)
Konturowania w trybie (Contours i Colorfill) dokonaæ w rysunku (PICTURE) MiazszoscAOI
-5-
V. Obliczenia modelu procentowego udzia³u ska³ potencjalnie zbiornikowych w
analizowanym kompleksie (M%Z)
W profilu horyzontu z³o¿owego „czyste” ska³y zbiornikowe w praktyce zawsze s¹ przewarstwione
wk³adkami o nieco gorszych b¹dŸ nawet z³ych w³asnoœciach zbiornikowych. W przypadku ska³ klastycznych
s¹ to przewarstwienia ska³ ilastych lub mu³owców , zaœ w ska³ach wêglanowych bêd¹ to na ogó³ wk³adki
margli, wapieni marglistych i i³ów.
Aby prawid³owo oszacowaæ zasoby pu³apki z³o¿owej nale¿y z jej objêtoœci wy³¹czyæ objêtoœæ utworów
zaliczanych do facji nie zbiornikowych. Mo¿na tego dokonaæ wprowadzaj¹c wspó³czynnik zailenie (lub jego
dope³nienie do 100 % zapiaszczenia). Dane iloœciowe okreœlaj¹ce udzia³ facji „nie zbiornikowych” mo¿na
uzyskaæ uœredniaj¹c wyniki profilowañ geofizycznych (profilowania sk³adu litologicznego) b¹dŸ w
ostatecznoœci na podstawie oznaczeñ w materiale rdzeniowym (bardzo grube przybli¿enie.)
1. Dane wejœciowe (Input data): PARAM-ZBIORN (DATA), kolumna Zapiaszczenie
2. Przetwarzanie numeryczne:
(Modeling----- Point Gridding Plus )
A) Zastosuj algorytm Least Squares lub Weighted Average (czy s¹ widoczne jakieœ ró¿nice?)
B)Wymiary siatki interpolacyjnej musz¹ byæ takie jak w poprzednio policzonych gridach:
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: ZAPIASZCZENIE (Grid)
3. Wizualizacja:
(Features ----> Contouring ------- File )
Wykonaæ w rysunku (PICTURE): %Facji Zbiornikowej
VI. Wyznaczenie mi¹¿szoœci ska³ potencjalnie zbiornikowych w pu³apce (Mpz)
Model ten otrzymujemy w wyniku prostej operacji arytmetycznej mno¿enia modeli mi¹¿szoœci pu³apki
z³o¿owej (Mz) oraz modelu wspó³czynnika udzia³u utworów zaliczanych do facji zbiornikowej (M%Z)
Mpz = Mz * M %Z
1. Dane wejœciowe (Input data): ZAPIASZCZENIE (Grid) oraz MIAZSZOSC-TOTAL (Grid)
2. Przetwarzanie numeryczne: (Operations-----> Grid Operations ------> Dual Grid Operations
(Multiply))
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: MIAZSZ_ZBIORN (Grid)
3. Wizualizacja
(Features ----> Contouring)
Wykonaæ w rysunku (PICTURE): MiaszoscZbiorn
-6-
VII. Obliczenie modelu porowatoœci efektywnej litofacji zbiornikowej na obszarze
z³o¿a [Pef]
W obrêbie potencjalnie zbiornikowych ska³ buduj¹cych poziom wodonoœny (hydrotermalny)
przestrzeñ dostêpna dla wody mo¿e stanowiæ maksymalnie 47.6% objêtoœci ska³y. W praktyce w ska³ach
klastycznych porowatoœæ efektywna dla wód (objêtoœæ porów o tzw. œrednicy ponad kapilarnej, wzajemnie
komunikuj¹cych siê ze sob¹) rzadko przekracza 20%, a w ska³ach wêglanowych na ogó³ jest jeszcze ni¿sza.
Porowatoœæ jest niezwykle zmiennym parametrem zbiornikowym (choæ przepuszczalnoœæ jest jeszcze
trudniejsza do predykcji). Jej przestrzenna zmiennoœæ jest na ogó³ nieprzewidywalna i zbli¿ona do losowej.
Wykazuj¹c bardzo s³abe powi¹zania z g³êbokoœci¹ pogr¹¿enia kompleksu, typem litologicznym czy
przepuszczalnoœci¹
Dlatego w ostatnich 10 latach do estymacji przestrzennej zmiennoœci tego parametru stosowane s¹
przez wielu autorów tzw. metody stochastyczne. Upraszczaj¹c polegaj¹ one na wielokrotnej losowej
symulacji mo¿liwych rozk³adów porowatoœci na podstawie „losowania” wyników ze zbioru danych
wejœciowych (np. uœrednione porowatoœci w wierceniach) i wyborze rozwi¹zañ najczêœciej powtarzaj¹cych
siê. Symulacje stochastyczne nie s¹ do koñca losowe, gdy¿ bior¹ pod uwagê prawdo podobieñstwo
wyst¹pienia danego wyniku, wi¹¿¹c proces losowania mo¿liwych wyników z odleg³oœci¹ obliczanych
wêz³ów grida (modelu) od punktów kontrolnych, gdzie mamy „zapisane” dane wejœciowe. W programie
ZMAP- Plus “przedstawicielem” technik stochastycznych jest algorytm Random Closest.
Rozk³ady porowatoœci bywaja równie¿ w bardziej tradycyjny sposób. Tradycyjne podejœcie polega
na traktowaniu porowatoœci jako parametru wykazuj¹cego ci¹g³oœæ zmian. Umo¿liwia to zastosowanie
powszechnie znanych technik interpolacji (Least Sqares, Weighted Average, Kriging) do wykonania map
porowatoœci efektywnej. Wydaje siê, ¿e zastosowanie tego podejœcia - zw³aszcza w zbiornikach
klastycznych - mo¿e byæ w wielu wypadkach uzasadnione.
1. Dane wejœciowe (Input data): PARAM-ZBIORN (DATA), kolumna Porowatosc
2. Przetwarzanie numeryczne: Modeling----- Point Gridding Plus )
Zastosuj algorytm Random Closest Point
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: POROWATOSC (Grid)
3. Wizualizacja
(Features ----> Contouring)
Wykonaæ w rysunku (PICTURE): Porowatosc
Konturowanie wykonaæ nie nak³adaj¹c na mapê izolinii. Wybraæ opcje Colorfill i Mosaic.
Zastosowanie opcji Mosaic powoduje wype³nianie poszczególnych wêz³ów modelu jednym kolorem
bez interpolacji. Otrzymany obraz przypomina bitmapê, na której widoczne s¹ poszczególne pixele.
-7-
VIIa. Obliczenie modelu wspó³czynnika udzia³u szkieletu skalnego w objêtoœci ska³y
zbiornikowej
Ten wspó³czynnik stanowi dope³nienie wspó³czynnika porowatoœci do Bêdzie niezbêdny do obliczania
parametrów gêstoœciowo- termicznych ska³ w dalszym etapie prac. Procedura wymaga dwukrotnego
zastosowania operacji na pojedynczym gridzie (Single Grid Opertaion)
1. Dane wejœciowe (Input data): POROWATOSC (Grid)
2. Przetwarzanie numeryczne:
A) Operations----> Grid Operations- ---> Single grid operations)
Zastosuj operacjê mno¿enia siatki interpolacyjnej przez sta³¹ (Scale)
Wartoœæ sta³ej: -1
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: G/POROWATOSC (Grid)
B) Operations----> Grid Operations- ---> Single grid operations)
Zastosuj operacjê dodawania siatki interpolacyjnej do sta³ej (Bias )
Wartoœæ sta³ej: 1
Jjako dane wejœciowe wykorzystaj plik powsta³y w wyniku poprzedniej operacji (G/POROWATOSC
(Grid)
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: SZKIELET (Grid)
3. Wizualizacja BRAK
VIII. Obliczenie sk³adnika wzoru zwi¹zanego z parametrami gêstoœciowymi i
termicznymi szkieletu skalnego (Mszk)
Mszk= (1-Pef) rs * cs
1. Dane wejœciowe (Input data): SZKIELET (Grid)
rs= 2740 kg/m3
cs =840 J/(kg*oC)
= Sta³a Rc1
2. Przetwarzanie numeryczne:
(Operations----> Grid Operations- ---> Single grid operations)
Zastosuj operacjê mno¿enia siatki interpolacyjnej przez sta³¹ (Scale)
Wartoœæ sta³ej: obliczona wartoœæ Rc1
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: TERM-SZKELET (Grid)
3. Wizualizacja BRAK
Przyjmujemy dla uproszczenia sta³e wartoœci rs i cs W rezultacie nie jest konieczne obliczenie gridów.
Jeœli jednak wartoœci te ró¿ni¹ siê znacznie w otworach rozpoznaj¹cych profil zbiornika konieczne
jest tak¿e dla nich policzenie modeli.
-8-
IX. Obliczenie sk³adnika wzoru zwi¹zanego z parametrami gêstoœciowymi i termicznymi
wody (Mw)
Mw= Pef rw * cw
1. Dane wejœciowe (Input data): POROWATOSC (Grid)`
3
rw = 975-1045 kg/m
o
cw 410J/(kg* C
= Sta³a Rc2
2. Przetwarzanie numeryczne:
(Operations----> Grid Operations- ---> Single grid operations)
Zastosuj operacjê mno¿enia siatki interpolacyjnej przez sta³¹ (Scale)
Wartoœæ sta³ej: obliczona wartoœæ Rc2
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: TERM-WODA (Grid)
3. Wizualizacja BRAK
X. Obliczenie sumarycznego modelu parametrów gestoœciowo-cieplnych zbiornika
geotremalnego MSZ-W
MSZ-W = Mszk + Mw
1. Dane wejœciowe (Input data): TERM-WODA (Grid) oraz TERM-SZKELET (Grid)
2. Przetwarzanie numeryczne: (Operations-----> Grid Operations ------> Dual Grid Operations
(Add))
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: TERM-ALL (Grid)
3. Wizualizacja
BRAK
XI Obliczenie modelu przejœciowego uwzglêdniaj¹cego mi¹¿szoœæ i porowatoœæ oraz
parametry gêstoœciowo-cieplne zbiornika geotermalnego, Vw
Vw =Mszb * MSZ-W
1. Dane wejœciowe (Input data): TERM-ALL (Grid) oraz MIAZSZ_ZBIORN (Grid)
2. Przetwarzanie numeryczne: (Operations-----> Grid Operations ------> Dual Grid Operations
(Multiply)
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: VOLUME-ALL (Grid)
3. Wizualizacja
BRAK
-9-
XII. Obliczenie zasobów statycznych EZS
EZS = Vw * (Ts-To)
1. Dane wejœciowe (Input data): VOLUME-ALL (Grid)
o
Ts =41-48 C
= Sta³a dT
To = 8 oC
2. Przetwarzanie numeryczne:
(Operations----> Grid Operations- ---> Single grid operations)
Zastosuj operacjê mno¿enia siatki interpolacyjnej przez sta³¹ (Scale)
Wartoœæ sta³ej:
obliczona wartoϾ dT
PROPONOWANA NAZWA PLIKU WYJŒCIOWEGO: ZASOBY -STATYCZNE
3. Wizualizacja
( Features ----> Contouring)
Konturowania w trybie (Contour i colorfill) dokonaæ w rysunku (PICTURE)
Zasobystatyczne
B) Nanieœæ na mapê zasiêg projektu geotermalnego (plik : AOI)
Features ----> Lines---->File
III.
Obliczenia objêtoœciowe (Volumetrics)
Najprostszy, ale i najmniej dok³adny sposób obliczenia zasobów Vw polega na przeprowadzeniu
statystki modelu -grida (Grid Statistic) i odczytaniu z niej nastêpuj¹cych informacji:
! X- spacing - spacjowanie grida w kierunku X [Xsp}
! Y- spacing - spacjowanie grida w kierunku Y [Ysp}
! Number of Z value nodes - liczba wêz³ów grida, w których obliczono wartoœæ Z [N]
! Mean (œrednia wartoœæ Z dla modelu) [M]
Na podstawie tych informacji jesteœmy w stanie obliczyæ zasoby statyczne obiektu
EZS w obrêbie wczeœniej wyznaczonej linii zasiêgu(Lz ), stosuj¹c proste przeliczenie:
EZS = Xsp * Ysp * N * M
IV.
Obliczenia do wykonania
1. Stosuj¹c opcjê Grid Statistic proszê obliczyæ:
A) Powierzchniê obszaru AOI
B) Œredni¹ mi¹¿szoœæ ca³kowit¹
C) Œrednie zapiaszczenie utworów
D) Œredni¹ porowatoœæ
E) Zasoby statyczne
- 10 -